الهندسةالهندسة الكهربائية

سوائل المحولات الطبيعية والاصطناعية تحت ضغط التيار المتردد

الهدف من كشف الضغط في سوائل المحولات الطبيعية والاصطناعية

 

تميل التصريفات الزاحفة على طول السطح البيني “السائل الصلب” إلى إحداث تلف للعزل الصلب، كما يسمى الضرر الذي يلحق بالسطح الصلب بالتتبع الذي يتضمن نوعين، أحدهما مدفوع بضغط التيار المتردد المستمر، ويمكن أن يتسبب في تلف طويل المدى لسطح لوحة الضغط من خلال التآكل التراكمي، والآخر مدفوع بومضة ضوئية فورية، حيث يتم حرق ألياف سطح لوحة الضغط بواسطة الانحناء العالي.

 

وعادة ما يتم ملاحظة الفلاشات (الوميض) الفورية أثناء اختبارات نبض مصنع المحولات الكهربائية، وذلك بالنسبة لمحولات التشغيل، مع حماية الموانع أو فجوات قضبان التنسيق المشتركة، كما أنه نادراً ما يحدث وميض الضوء الفوري ما لم يكن في الحالات القصوى.

 

في حين أن نوع التآكل طويل المدى للتتبع هو السائد، وعلى مدى فترة من الزمن؛ فإنه يمكن أن يتسبب في انتشار مسارات متفحمة غير قابلة للاسترداد، وعلى ألواح الضغط مما يؤدي إلى حدوث ومضة كهربائية نهائية.

 

 

وأثناء التتبع على المدى الطويل، تميل العلامة البيضاء على شكل شجرة إلى الظهور على سطح لوحة الضغط قبل تشكيل العلامة المكربنة، كما تم اعتبار العلامة البيضاء ناتجة عن تبخر وتحلل الزيوت المعدنية والرطوبة، وذلك بسبب التصريفات على الطبقات السطحية.

 

كما أشار العمل الأخير إلى أن العلامة البيضاء على لوح الضغط المشبع بالزيت المعدني الجاف (محتوى الرطوبة أقل من 0.5٪ بالوزن)، لذلك من الصعب جداً إن لم يكن ممكناً البدء، ومن ناحية أخرى؛ فإنه يمكن بدء العلامة البيضاء عن طريق التفريغ على ألواح الضغط المبللة في الزيت المعدني، كذلك من الواضح أن الرطوبة يجب أن تكون أحد العوامل الرئيسية المسؤولة عن العلامة البيضاء على لوح الضغط المشبع بالزيت المعدني في المحولات القديمة.

 

ونظراً لقابلية التحلل البيولوجي الجيدة والمقاومة العالية لمخاطر الحريق، كما تم استخدام “الإسترات” الاصطناعية والطبيعية على نطاق واسع لمحولات التوزيع والجر، ومع ذلك، وقبل تطبيق “الإسترات” في محولات الجهد العالي والطاقة الكبيرة، كذلك من المهم فهم الأداء العازل لعزل السليلوز “استر المركب”، وخاصة قدرته على تحمل تتبع السطح على المدى الطويل.

 

كما تتناول هذه الأحداث تتبع السطح على طول واجهة (Pressboard-ester)، وذلك تحت ضغط التيار المتردد المستمر، وتم التحقيق في المراحل المختلفة لتتبع السطح وتطور أنماط تصريف الزحف المصاحبة، حيث تمت مقارنة عملية التتبع السطحي على لوح الضغط في “الإسترات” مع تلك الموجودة في الزيت المعدني.

 

الإجراءات الفنية والهندسية للسيطرة على ضغط سوائل المحولات

 

عند تشغيل المحولات وخاصة القديمة منها، قد توجد تركيزات مجال كهربائي محلي، مثل الحواف الحادة الناتجة عن تشوه اللفائف والرطوبة والجزيئات في الزيت، كما أن هذه العيوب الداخلية يمكن أن تبدأ في عمليات التصريف، وبعد بدء عمليات التفريغ؛ فإنه يتم منع انتشارها من اللف إلى اللف بواسطة أسطوانات لوحة الضغط.

 

وبدلاً من ذلك؛ فإنها ستنتشر التصريفات على سطح لوح الضغط الذي يتباعد على طوله المجال الكهربائي، لذلك في العديد من الأبحاث المختبرية، يتم اختيار أقطاب مستوى الإبرة عادةً لبدء تفريغ الزحف ودراسة انتشار التفريغ وتتبع السطح.

 

وفيما يتعلق بالوميض تحت إجهاد النبضة، وبالنسبة للفجوات في مستوى النقطة حتى (150) مم؛ فإن وجود حاجز للوحة الضغط لا يقلل من جهد الانهيار بنسبة 50٪، وخاصةً عندما مقارنة باختبار الفجوة المفتوحة، كما يميل سطح لوحة الضغط فقط إلى تسريع غاسل الزحف، وعند (50٪) من جهد انهيار النبضة؛ فإنه يمكن للقوس القوي أن يحرق ألياف السطح، تاركًا علامة على شكل شجرة على لوح الضغط.

 

كما يعد التتبع الفوري للسطح أكثر أهمية في ظل القطبية السالبة وعلى ألواح الضغط المشبعة بالزيت المعدني أكثر من “الاسترات”، وفيما يتعلق بتصريفات الزحف تحت ضغط التيار المتردد المستمر، فقد تبين أن سطح لوحة الضغط يميل إلى تعزيز تطوير التفريغ، خاصة تلك التي تحدث في دورات نصف سلبية وجعل المزيد من التفريغ يتحول نحو زوايا المرحلة الصفرية.

 

لذلك قد يكون سبب ذلك هو تأثير الذاكرة لسطح لوحة الضغط للشحنات الكهربائية المتبقية والقنوات منخفضة الكثافة، ونظراً لارتفاع كثافة التفريغ وارتفاع اللزوجة، تميل “الإسترات” إلى إظهار تأثير تعزيز التفريغ بشكل أكثر وضوحاً من الزيت المعدني، خاصةً عندما يتم الضغط على العينات بجهد أعلى.

 

وعندما يتم الضغط على لوح الضغط عن طريق زيادة الجهد الكهربائي المطبق، تظهر علامة بيضاء على شكل شجرة على سطح لوحة الضغط، حيث تم الإبلاغ عن كيفية بدء وتطوير العلامة البيضاء إلى وميض ضوئي، ولكن لم يتم ملاحظة العلامة المتفحمة كما تظهر في المحولات المكسورة، إذ نمت العلامة البيضاء بسرعة وسرعان ما تسببت في وميض كامل.

 

ثم تم افتراض أن العلامة البيضاء يجب أن تكون قناة من الفقاعات الغازية المحاصرة داخل الطبقات السطحية للوحة الضغط. بناءً على عملنا الأولي، كما تم إجراء تجارب تحقق مكثفة من أجل تعميق فهم آليات تتبع السطح على المدى الطويل.

 

وعلى وجه الخصوص؛ فقد تمت استعادة “عملية الكربنة” للعلامة البيضاء وتم إعادة إنتاج العلامة الكربونية كما تظهر في المحولات التي تم التخلص منها، وفي الوقت نفسه؛ فإنه تم إثبات الطبيعة الغازية للعلامة البيضاء من خلال تجارب التحقق، وذلك كما يتم عرض التفاصيل في هذا الطرح.

 

السوائل قيد التحقيق في ضغط سوائل المحولات

 

تم الحصول على عينات السائل العازل المستخدمة في الاختبارات مباشرة من البراميل دون مزيد من الترشيح، وذلك من خلال فترة التجربة، كما تم قياس محتوى الرطوبة في العينات وفقاً لطريقة المعايرة بطريقة (Karl Fisher).

 

وقد تم ذلك باستخدام جهاز (Metrohm 684 coulometer) و (832 Termoprep)، حيث كانت محتويات الرطوبة للسوائل الثلاثة أقل من (100) جزء في المليون (أقل من 10٪ من مستوى تشبع الرطوبة) “للإسترات” وأقل من 10 جزء في المليون (أقل من 20٪ من مستوى التشبع بالرطوبة) للمعادن.

 

تجهيز Pressboard

 

تم تجفيف عينات لوحة الضغط في “فرن تدوير الهواء” لمدة (48) ساعة عند (105) درجة مئوية، ثم تم نقل العينات المجففة إلى “فرن تفريغ الهواء” لمزيد من التجفيف عند (85) درجة مئوية لمدة (24) ساعة، وبعد ذلك تم تشريب عينات لوح الضغط المجففة بسوائل عازلة في نفس فرن التفريغ عند (85) درجة مئوية لمدة (48) ساعة أخرى.

 

كما تم الحفاظ على الضغط في فرن التفريغ أقل من (5) ملي بار، وبعد هذه الإجراءات كانت محتويات الرطوبة لألواح الضغط المشبعة في السوائل الثلاثة أقل من 0.5٪ بالوزن، وبالتالي يمكن تعريف عينات لوح الضغط على أنها جافة.

 

وبالنسبة للوحات الضغط المشبعة بالزيت المعدني؛ فإنه تم ترطيب بعض العينات الجافة بمحتوى رطوبة منتظم يبلغ حوالي (3.5) أو (4.3٪)، كما تم تحقيق ذلك عن طريق وضع لوح الضغط الجاف المشبع بالزيت المعدني في مجفف مع الرطوبة النسبية التي يتم التحكم فيها بواسطة محلول الجلسرين المائي لعدة أشهر.

 

المصدر
J. Dai, Z. D. Wang and P. Jarman, "Creepage discharge on insulation barriers in aged power transformers", IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., vol. 17, pp. 1327-1335, 2010.P. M. Mitchinson, P. L. Lewin, B. D. Strawbridge and P. Jarman, "Tracking and surface discharge at the oil & pressboard interface", IEEE Electr. Insul. Mag., vol. 26, no. 2, pp. 35-41, 2010.O. Lesaint and G. Massala, "Transition to fast streamers in mineral oil in the presence of insulating solids", IEEE Int'l. Sympos. Electr. Insul., vol. 2, pp. 737-740, 1996.D. Martin, I. Khan, J. Dai and Z. D. Wang, "An overview of the suitability of vegetable oil dielectrics for use in large power transformers" in TJH2b Euro TechCon, Chester, UK, pp. 4-23, 2007.

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى